Test drive Magic Fires: a história da tecnologia de compressores
Passeio de teste

Test drive Magic Fires: a história da tecnologia de compressores

Test drive Magic Fires: a história da tecnologia de compressores

Nesta série, falaremos sobre reabastecimento forçado e o desenvolvimento de motores de combustão interna.

Ele é um profeta nas escrituras da afinação de carros. Ele é o salvador do motor diesel. Por muitos anos, os projetistas de motores a gasolina negligenciaram esse fenômeno, mas hoje ele está se tornando onipresente. É um turbocompressor... Melhor do que nunca.

Seu irmão, um compressor motorizado, também não tem planos de deixar o palco. Além disso, ele está pronto para uma aliança que o levará a uma simbiose perfeita. Assim, na turbulência da rivalidade tecnológica moderna, representantes de duas correntes opostas pré-históricas se uniram, provando a máxima de que a verdade permanece a mesma, independentemente da diferença de pontos de vista.

Consumo 4500 l / 100 km e muito oxigênio

A aritmética é relativamente simples e baseada apenas nas leis da física… Supondo que um carro com cerca de 1000 kg e com um arrasto aerodinâmico desesperado percorra 305 metros desde o repouso em menos de 4,0 segundos, atingindo uma velocidade de 500 km/h no final da seção, a potência do motor deste carro deve exceder 9000 cv. Os mesmos cálculos mostram que, dentro de uma seção, o virabrequim girando de um motor girando a 8400 rpm só conseguirá girar cerca de 560 vezes, mas isso não impedirá que o motor de 8,2 litros absorva cerca de 15 litros de combustível. Como resultado de mais um cálculo simples, fica claro que, de acordo com a medida padrão de consumo de combustível, o consumo médio deste carro é superior a 4500 l / 100 km. Em uma palavra - quatro mil e quinhentos litros. Na verdade, esses motores não possuem sistemas de resfriamento - são resfriados por combustível ...

Não há nada de ficção nessas figuras ... São valores grandes, mas bastante reais do mundo das corridas de arrancada modernas. Dificilmente é correto referir-se aos carros que participam de corridas de aceleração máxima como carros de corrida, já que as surreais criações de quatro rodas, envoltas em fumaça azul, são incomparáveis ​​mesmo com a nata da moderna tecnologia automotiva usada na Fórmula 1. Portanto, vamos usam o nome popular “dragsters”. – Sem dúvida interessantes à sua maneira, carros únicos que entregam sensações únicas tanto aos fãs fora da pista de 305 metros quanto aos pilotos cujo cérebro, em uma aceleração rápida de 5 g, provavelmente assume a forma de uma imagem bidimensional colorida no parte de trás do crânio

Esses dragsters são indiscutivelmente a forma mais famosa e mais impressionante de esporte motorizado popular nos Estados Unidos, pertencendo à polêmica classe Top Fuel. O nome é baseado no desempenho extremo do químico nitrometano que máquinas infernais usam como combustível para seus motores. Sob a influência dessa mistura explosiva, os motores operam em modo de sobrecarga e em apenas algumas corridas se transformam em uma pilha de metal desnecessário e, devido à propensão do combustível à detonação contínua, o som de sua operação lembra o rugido histérico de uma fera contando os últimos momentos de sua vida. Os processos nos motores só podem ser comparados com o caos incontrolável absoluto, beirando a busca da autodestruição física. Normalmente, um dos cilindros falha no final da primeira seção. A potência dos motores usados ​​neste esporte maluco atinge valores que nenhum dinamômetro no mundo pode medir, e o abuso das máquinas realmente ultrapassa todos os limites do extremismo da engenharia ...

Mas vamos voltar ao cerne da nossa história e dar uma olhada mais de perto nas propriedades do combustível nitrometano (misturado com uma pequena porcentagem de metanol de equilíbrio), que é sem dúvida a substância mais poderosa usada em qualquer forma de corrida de carros. atividade. Cada átomo de carbono em sua molécula (CH3NO2) possui dois átomos de oxigênio, o que significa que o combustível carrega consigo a maior parte do oxidante necessário para a combustão. Pela mesma razão, o conteúdo de energia por litro de nitrometano é menor do que por litro de gasolina, mas com a mesma quantidade de ar fresco que o motor pode sugar para as câmaras de combustão, o nitrometano fornecerá significativamente mais energia total durante a combustão. ... Isso é possível porque ele próprio contém oxigênio e, portanto, pode oxidar a maioria dos componentes do combustível de hidrocarboneto (geralmente não combustível na ausência de oxigênio). Em outras palavras, o nitrometano possui 3,7 vezes menos energia que a gasolina, mas com a mesma quantidade de ar, 8,6 vezes mais nitrometano pode ser oxidado do que a gasolina.

Qualquer pessoa familiarizada com os processos de combustão em um motor de automóvel sabe que o verdadeiro problema de "espremer" mais potência de um motor de combustão interna não é aumentar o fluxo de combustível nas câmaras - bombas hidráulicas potentes são suficientes para isso. atingindo pressões extremamente altas. O verdadeiro desafio é fornecer ar (ou oxigênio) suficiente para oxidar os hidrocarbonetos e garantir a combustão mais eficiente possível. É por isso que o combustível dragster utiliza nitrogetan, sem o qual seria totalmente impensável alcançar resultados desta ordem com um motor de 8,2 litros de cilindrada. Ao mesmo tempo, os carros funcionam com misturas bastante ricas (sob certas condições, o nitrometano pode começar a oxidar), devido às quais parte do combustível é oxidado nos escapamentos e forma impressionantes luzes mágicas acima deles.

Torque 6750 Newton metros

O torque médio desses motores atinge 6750 Nm. Você provavelmente já percebeu que há algo estranho em toda essa aritmética ... O fato é que, para atingir os valores-limite indicados, a cada segundo um motor funcionando a 8400 rpm deve sugar não mais, nem menos que 1,7 metros cúbicos de ar fresco. Só existe uma maneira de fazer isso - preenchimento forçado. O papel principal neste caso é desempenhado por uma enorme unidade mecânica clássica do tipo Roots, graças à qual a pressão nos coletores do motor dragster (inspirado no pré-histórico Chrysler Hemi Elephant) atinge impressionantes 5 bar.

Para entender melhor quais cargas estão envolvidas neste caso, tomemos como exemplo uma das lendas da era de ouro dos compressores mecânicos - um V3,0 de corrida de 12 litros. Mercedes-Benz W154. A potência desta máquina era de 468 cv. com., mas deve-se ter em mente que o acionamento do compressor consumia incríveis 150 cv. com., não atingindo os 5 bar especificados. Se somarmos agora 150 mil s na conta, chegaremos à conclusão de que o W154 realmente tinha incríveis 618 cv para a época. Você pode avaliar por si mesmo quanta potência real os motores da classe Top Fuel alcançam e quanta dela é absorvida pelo acionamento mecânico do compressor. Obviamente, o uso de um turbocompressor neste caso seria muito mais eficiente, mas seu design não poderia lidar com a carga de calor extrema dos gases de escape.

Início da contração

Durante a maior parte da história do automóvel, a presença de uma unidade de ignição forçada nos motores de combustão interna foi um reflexo da tecnologia de ponta para o estágio de desenvolvimento correspondente. Foi o que aconteceu em 2005, quando o prestigioso prêmio de inovação tecnológica nas indústrias automotiva e esportiva, em homenagem ao fundador da revista, Paul Peach, foi concedido ao chefe de desenvolvimento de motores da VW Rudolf Krebs e sua equipe de desenvolvimento. aplicação da tecnologia Twincharger em motor a gasolina de 1,4 litros. Graças ao enchimento forçado combinado dos cilindros usando um sistema síncrono de mecânica e um turboalimentador, a unidade combina habilmente a distribuição uniforme de torque e a alta potência típica de motores de aspiração natural com grande cilindrada, com a eficiência e economia de motores pequenos. Onze anos depois, o motor TSI de 11 litros da VW (com cilindrada ligeiramente aumentada para compensar sua contração eficiente devido ao ciclo Miller usado) agora apresenta uma tecnologia de turboalimentador VNT muito mais avançada e é novamente nomeado para o Prêmio Paul Peach.

Na verdade, o primeiro carro de produção com motor a gasolina e geometria variável turboalimentada, o Porsche 911 Turbo, foi lançado em 2005. Ambos os compressores, desenvolvidos em conjunto pelos engenheiros de P&D da Porsche e seus colegas da Borg Warner Turbo Systems, VW usam a ideia bem conhecida e consagrada de geometria variável em unidades turbodiesel, que não foi implementada em motores a gasolina devido a um problema com temperatura média dos gases de escape mais alta (cerca de 200 graus em comparação com o diesel). Para isso, materiais compósitos resistentes ao calor da indústria aeroespacial foram usados ​​para palhetas-guia de gás e um algoritmo de controle ultrarrápido no sistema de controle. Conquista de engenheiros da VW.

A idade de ouro do turbocompressor

Desde a descontinuação do 745i em 1986, a BMW há muito defende sua própria filosofia de design para motores a gasolina, segundo a qual a única maneira "ortodoxa" de obter mais potência era operar o motor em altas rotações. Sem heresias e flertando com compressores mecânicos a la Mercedes (C 200 Kompressor) ou Toyota (Corolla Compressor), sem preconceito para turboalimentadores VW ou Opel. Os construtores de motores de Munique deram preferência ao enchimento de alta frequência e pressão atmosférica normal, o uso de soluções de alta tecnologia e, em casos extremos, um deslocamento maior. Experimentos de compressores baseados em motores bávaros foram quase completamente transferidos para os "faquires" pela empresa de tuning Alpina, que é próxima à empresa de Munique.

Hoje, a BMW não produz mais motores a gasolina naturalmente aspirados, e a linha de motores a diesel já inclui um motor turbo de quatro cilindros. A Volvo usa uma combinação de reabastecimento com mecânico e turbocompressor, a Audi criou um motor a diesel com uma combinação de compressor elétrico e dois turbocompressores em cascata, a Mercedes tem um motor a gasolina com um elétrico e um turbocompressor.

Porém, antes de falar sobre eles, vamos voltar no tempo para encontrar as raízes dessa transição tecnológica. Aprenderemos como os fabricantes americanos tentaram usar a tecnologia turbo para compensar a redução do tamanho dos motores decorrente das duas crises do petróleo na década de 20 e como falharam nessas tentativas. Falaremos sobre as tentativas malsucedidas de Rudolf Diesel de criar um motor compressor. Recordaremos a era gloriosa dos motores de compressor nas décadas de 30 e 70, bem como os longos anos de esquecimento. Claro, não vamos perder o aparecimento dos primeiros modelos de produção de turbocompressores após a primeira grande crise do petróleo dos anos XNUMX. Ou para o sistema composto Scania Turbo. Resumindo - contaremos a história e a evolução da tecnologia de compressores ...

(seguir)

Texto: Georgy Kolev

Adicionar um comentário